保偏光纤Bragg光栅传感特性实验研究.doc

保偏光纤Bragg光栅传感特征的实验研究(精)
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保偏光纤Bragg光栅传感特征的实验研究(精)
第37卷,--basedtransverseloadsensingandmeasuringsystemwillbefoundwideapplicationsinthefieldsofweighing,etc.
Keywords:Polarization-maintainingfiber;FiberBragggrating;Transverseload;Temperature;
Axialstrain
0引言
当前使用的光纤Bragg光栅(FBG传感器只对温度和轴向应变敏感,而对径向应变不敏感[1],但在
实质应用中,径向应变信息的传感丈量也很重要。采
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用保偏光纤制作的Bragg光栅(PMFBG,能够实现压力、温度或轴向应变的传感丈量[2-3]。主要对PMFBG的横向负载敏捷度进行研究,为称重[4]、多
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108红外与激光工程:高精度几何量光电丈量与校准技术 第37卷
参量丈量[5-6]等应用确立基础。
传感原理
用相位掩模法在高双折射保偏光纤上写入Bragg光栅,相当于分别在保偏光纤的快轴和慢轴上写了两个Bragg光栅。这两个光栅的周期Λ同样,但有效折射率不一样,分别用nx和ny表示,相应的谐振波长分别表示为[2]:
2xxn λΛ=,2yyn(1λΛ=
这两个谐振波长之差为:
2(2yxyxnnn λλΛΛ-=-=?(2
理论剖析可知,当PMFBG遇到横向负载作用产生应变时,快轴和慢轴上的谐振波长偏移量?λx和?λy的差值可表示为[7]:
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12110((12yxynpp λλνελ式?中-?=:-ε+为y(3光栅在横向负载方向产生的应
变;λ0为
PMFBG的中心反射波长;n0为纤芯的有效折射率;p11,p12为光纤的弹光张量;υ为石英资料的泊松比。关于给定的光纤,式中的n0,p11,p12,都υ是常数。从公
式(3能够看出,当对PMFBG施加横向负载时,两谐振波长之差值将发生变化,而且仅与横向负载成线性关系,而与轴向应变及环境温度变化没关。
当横向负载方向与保偏光纤快轴平行或垂直时,保偏光纤的快轴和慢轴所受的应力方向相反,惹起折
射率nx和ny的变化方向也相反,
PMFBG谐振波长的变化较大[8]。所以,当横向负载方向与保偏光纤的快轴平
行或垂直时,PMFBG谐振波长对负载最敏感 ,波长差对横向负载也最敏感。当横向
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负载的方向与保偏光纤的快轴约 45°时,保偏光纤快轴和慢轴遇到的应力大小相当且
符号同样,惹起折射率nx和n
y变化同样,致使PMFBG两谐振波长的变化同样。所以,当横向负载方向与保偏光纤快轴夹角约45